한양대학교 정해준 교수 연구팀이 세계 최대 IT·전자박람회인 ‘CES 2025’에서 Mobile devices, accessories & apps 부문과 XR technologies & accessories 부문에서 혁신상을 수상하였다.

연구팀은 정해준 지도교수를 비롯하여 대학원생인 서준혁(인공지능학과), 조재강(융합전자공학과), 강준호(인공지능반도체공학과) 학생으로 구성되어 있으며, 포항공과대학의 노준석 교수 연구팀과 공동 연구를 수행하였다. 이들의 연구는 AI 기반 메타렌즈 이미징 시스템 개발에 초점이 맞춰져 있다. 특히, 하드웨어와 소프트웨어를 융합하여 초박형 렌즈로 왜곡 없이 가시광선 대역 전체 스펙트럼을 재현하는 이미징을 구현한 것이 큰 주목을 받았다.

그림 1 이미지 출처: Seo, J., Jo, J., Kim, J., Kang, J., Kang, C., Moon, S., Lee, E., Hong, J., Rho, J., & Chung, H. (2024). Deep-learning-driven end-to-end metalens imaging. Advanced Photonics, 6(06). https://doi.org/10.1117/1.ap.6.6.066002

이번 수상작은 딥러닝 기반 이미지 복원 알고리즘과 두께 1μm의 초박형 메타렌즈 기술을 통합하여, 기존의 광학 렌즈 체계를 단순화하고 경량화하는 데 성공했다. 이 메타렌즈 기술은 대형 광학 렌즈의 부피와 무게로 인해 발생하는 한계를 극복하고, 더 가볍고 효율적인 광학 솔루션을 제공하기 위한 연구에서 출발했다. 특히, 이 메타렌즈는 인간 머리카락 두께(약 70μm)보다 수십 배 얇은 두께로, 대형 광학 렌즈의 부피와 무게 문제를 해결하며 초소형 광학 시스템의 가능성을 열었다. 메타렌즈로 촬영한 이미지는 딥러닝 기반 이미지 복원 프레임워크를 통해 실시간으로 후보정되며, 이를 통해 고품질의 왜곡 없는 이미징을 구현했다.

여기에 인공지능 기법은 메타렌즈 자체가 발생시키는 왜곡과 결함을 보정하는 데 핵심적인 역할을 했다. 딥러닝 기반 이미지 복원 프레임워크는 메타렌즈의 특성과 성능에 맞춰 설계 및 학습되었으며, 이를 통해 메타렌즈로부터 획득된 이미지를 학습하여 복잡한 비선형 왜곡을 정밀하게 보정한다. 또한, 위치 정보와 공간 진동수 데이터를 효과적으로 활용해 이미지 품질을 최대화한다. 이를 통해 기존 물리적 한계를 넘어서는 고해상도와 왜곡 없는 풀 컬러 이미징을 구현했다. 더불어, 이 시스템은 대량 생산된 메타렌즈에서도 동일한 성능을 발휘할 수 있어 상업적 실현 가능성을 크게 높였다.

이 기술은 소비자 전자기기를 넘어 자율주행 차량, 환경 모니터링, 의료 영상 등 다양한 분야에서 활용 가능성을 보여주고 있다. 또한, 연구팀의 성과는 광학 분야의 권위 있는 학술지인 Advanced Photonics (IF 20.6)에 게재되며, 학문적 기여와 혁신성을 동시에 인정받았다. 이번 연구와 기술 개발의 성공은 글로벌 이미징 시스템의 새로운 기준을 제시하며, 미래의 초소형 광학 기술 발전에 중요한 발판을 마련할 것으로 기대된다.

이번 연구는 한국콘텐츠진흥원의 저작권기술 글로벌 인재 양성과 한국연구재단의 우수신진연구 사업, 정보통신기획평가원이 추진하는 인공지능반도체대학원 사업 등의 지원을 받았다.

출처 : CES / https://www.ces.tech/innovation-awards/2025/mnvision/
출처 : Phys.org / https://phys.org/news/2024-11-metalenses-harness-ai-high-resolution.html

출처 : SPIE / https://spie.org/news/metalenses-harness-ai-for-superior-performance#_=_